Pourquoi les Jours Deviennent Plus Longs ?

Origine du ralentissement de la Terre

Une Terre qui ralentit depuis des millions d'années

La rotation de la Terre sur elle-même n’est pas constante à l’échelle des temps géologiques. Des analyses paléontologiques sur les coraux fossiles et les stromatolites indiquent qu’il y a 400 millions d’années, une année terrestre comprenait environ 420 jours. Ce phénomène s’explique par des lois physiques fondamentales liées à la conservation du moment cinétique et à l’interaction gravitationnelle entre la Terre et la Lune.

La Lune freine la Terre : l’effet des forces de marée

Le principal moteur du ralentissement est la force de marée exercée par la Lune. Cette force crée une déformation de la Terre solide et fluide. À cause de la viscosité du manteau terrestre et de l’inertie des océans, cette bosse de marée ne pointe pas directement vers la Lune mais légèrement en avant, générant un couple de freinage. Ce couple tend à transférer le moment angulaire de la rotation de la Terre au mouvement orbital de la Lune, qui s’éloigne alors progressivement de nous (environ 3,8 cm/an).

Transfert d’énergie, dissipation thermique et allongement des jours

Ce transfert d'énergie implique une dissipation thermique (principalement dans les océans) et provoque un ralentissement de la rotation terrestre. La durée moyenne du jour augmente actuellement d’environ 1,7 milliseconde par siècle. Cette variation peut sembler faible, mais cumulée sur des millions d’années, elle devient significative.

Une rotation instable et imprévisible

La Terre tourne sur elle-même autour d’un axe imaginaire, incliné et orienté vers le pôle nord céleste. À l’équateur, cette rotation engendre une vitesse de surface d’environ 1674,364 km/h. Longtemps considérée comme une base de référence universelle, cette rotation servait à mesurer le temps avec précision. Mais en réalité, cette vitesse n’est ni constante ni parfaitement régulière : la Terre connaît des fluctuations subtiles mais mesurables, conduisant à des désynchronisations du temps.

Depuis les années 1960, ces irrégularités se sont traduites par l’ajout de secondes intercalaires afin de compenser le ralentissement progressif de la rotation. En tout, 34 secondes ont été ajoutées pour maintenir l’alignement entre le temps atomique et le temps astronomique. Il arrive ainsi que certaines minutes durent 61 secondes. Ce phénomène, bien que marginal à court terme, souligne le besoin constant de réévaluer notre définition du temps.

Les causes du ralentissement de la Terre

L’instabilité de la rotation terrestre est due à un ensemble de facteurs internes et externes. La Terre n’est pas un corps parfaitement rigide : ses différentes couches — noyau métallique, manteau, croûte, atmosphère — interagissent dynamiquement et de manière non synchrone. La Lune, par ses effets de marée, agit depuis des milliards d’années comme un frein naturel sur la rotation du manteau terrestre. Mais d’autres corps du système solaire, comme les planètes et le Soleil, contribuent eux aussi à ce ralentissement par l’intermédiaire de la gravitation.

Une planète soumise aux aléas de l’espace-temps

Des phénomènes géophysiques ponctuels viennent également moduler la durée du jour : dérive des continents, séismes majeurs, courants océaniques, événements météorologiques intenses. Ces effets peuvent accélérer ou ralentir la rotation de quelques microsecondes. Notre planète est en réalité « ballottée » sur le tissu quadridimensionnel de l’espace-temps, un trampoline cosmique courbé par la masse des astres. Ces flots gravitationnels chaotiques, prévus par la relativité générale, influencent de façon permanente le comportement inertiel de la Terre.

La seconde atomique face au temps astronomique

En 1967, la seconde a été redéfinie de manière atomique, basée sur 9 192 631 770 oscillations de l’atome de césium-133. Mais cette définition ne divise pas parfaitement le jour sidéral ou solaire. Une infime erreur subsiste, amplifiée par les variations naturelles évoquées plus haut.

Pourquoi mesurer la durée du jour avec précision ?

Ces fluctuations rendent nécessaire une surveillance continue de la durée du jour. Les systèmes de mesure du temps doivent être resynchronisés régulièrement afin de garantir une cohérence temporelle entre instruments terrestres et spatiaux. Cette précision est capitale pour les technologies modernes, notamment pour les systèmes de navigation globale comme le GPS. À 20 000 km d’altitude, un décalage de quelques microsecondes dans le calcul du temps induirait une erreur de positionnement de plusieurs centaines de mètres à la surface terrestre.

L’IERS et la surveillance mondiale du temps

C’est pour cette raison que des organismes comme l'IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service) surveillent en permanence les variations de la rotation terrestre. Ces observations permettent d’ajuster périodiquement le temps légal mondial, et d’assurer la fiabilité des systèmes dépendants du temps.

Vers la fin des secondes intercalaires en 2035

Depuis 1972, le Temps Universel Coordonné (UTC) est ajusté occasionnellement par l’ajout de secondes intercalaires, afin de compenser le ralentissement irrégulier de la rotation de la Terre par rapport au temps atomique. Cette seconde supplémentaire est insérée de façon imprévisible, typiquement en fin de juin ou de décembre, pour maintenir l’écart entre l’UTC et le temps universel UT1 inférieur à 0,9 seconde. Bien que scientifiquement justifié, ce processus s'avère problématique pour les systèmes informatiques mondiaux.

Une discontinuité problématique pour le temps numérique

L'insertion d'une seconde intercalaire provoque une discontinuité temporelle. De nombreux systèmes informatiques et réseaux mondiaux, notamment ceux utilisés pour la navigation par satellite (GNSS), les transactions financières ou les infrastructures de télécommunication, fonctionnent avec une exigence de temps continu, strictement monotone. L'ajout soudain d'une seconde casse cette continuité et peut entraîner des erreurs de synchronisation, des interruptions de service, voire des pannes critiques.

Des incidents critiques révélateurs

Des incidents majeurs ont été signalés à plusieurs reprises lors de l'insertion de ces secondes : arrêts de serveurs, blocages de systèmes GPS, dysfonctionnements de logiciels embarqués. La complexité croissante de la synchronisation globale rend de plus en plus coûteuse et risquée cette opération. En 2012, par exemple, une seconde intercalaire a causé des pannes dans les systèmes de compagnies aériennes et de réseaux sociaux, illustrant l'inadéquation croissante de cette méthode avec les besoins numériques modernes.

La décision de l'abandon en 2035

Face à ces enjeux, l'Union internationale des télécommunications (UIT) et le Bureau international des poids et mesures (BIPM), avec l'accord des grandes puissances scientifiques, ont voté en novembre 2022 l’abandon des secondes intercalaires à partir de 2035. Le système UTC deviendra alors désynchronisé progressivement du temps astronomique (UT1), mais cette dérive sera lente : environ une seconde tous les 50 à 100 ans, en fonction de l’évolution de la rotation terrestre.

Un compromis entre continuité technologique et précision astronomique

Ce compromis technique garantit une continuité parfaite du temps pour les systèmes numériques, tout en laissant aux générations futures le soin de décider, à plus long terme, d’un éventuel réajustement. On évoque déjà la possibilité d’un ajustement beaucoup plus espacé, par exemple d’une minute entière tous les 500 ou 1000 ans. Ce changement historique marque une rupture entre le temps civil et le temps astronomique, mais reflète la nécessité d’une convention temporelle adaptée à l’ère numérique.

Comment est mesurée la rotation de la Terre ?

La rotation terrestre, révélée par les astres

La mesure de la rotation de la Terre repose sur une combinaison de méthodes astronomiques, géodésiques et physiques de haute précision. Historiquement, c’est l’observation des astres, notamment le Soleil et les étoiles, qui a permis de définir la notion de jour. Aujourd’hui, les techniques modernes permettent de mesurer les variations de la durée du jour avec une précision allant jusqu’à la microseconde.

Du jour sidéral au jour solaire : deux temps en décalage

La méthode la plus ancienne repose sur le temps sidéral, c’est-à-dire la durée séparant deux passages successifs d’une même étoile au méridien local. Cette période de rotation, appelée jour sidéral, dure environ 23 h 56 min 4,0905 s. Elle est légèrement plus courte que le jour solaire moyen, qui dure 24 heures, en raison de la révolution de la Terre autour du Soleil. La comparaison entre ces deux temps révèle des écarts subtils dans la rotation terrestre.

La révolution de l’horloge atomique

Depuis le milieu du XXᵉ siècle, l’arrivée de l’horloge atomique a bouleversé la métrologie temporelle. La seconde est désormais définie de manière absolue, à partir des oscillations hyperfines de l’atome de césium 133. En 1967, la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) a fixé cette définition à 9 192 631 770 oscillations par seconde. Le temps atomique international (TAI) est ainsi devenu la référence absolue pour le temps physique.

UTC : la synchronisation entre ciel et atomes

La comparaison entre le TAI et la rotation réelle de la Terre (mesurée par des techniques astronomiques) permet de détecter les écarts. Ces écarts sont compilés dans un temps universel corrigé, appelé UTC (Temps Universel Coordonné), auquel on ajoute ou retire des secondes intercalaires lorsque l’écart entre TAI et UT1 dépasse 0,9 seconde.

Les mesures spatiales de précision géodésique

La rotation terrestre est également mesurée par des techniques géodésiques spatiales comme le VLBI (Very Long Baseline Interferometry), qui utilise les signaux radio émis par des quasars très éloignés pour déterminer la position exacte de stations terrestres à différentes latitudes. Cette technique est capable de détecter de minuscules variations de l’orientation de la Terre, notamment la nutation, la précession et le mouvement des pôles.

D’autres outils contribuent à la mesure fine de la rotation terrestre :

• SLR (Satellite Laser Ranging) : mesure la distance entre la Terre et des satellites à rétro-réflecteurs en utilisant des impulsions laser.
• GNSS (Global Navigation Satellite Systems) : analyse la position et les horloges de satellites en orbite pour déduire les variations de la durée du jour.
• DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) : système français utilisant l’effet Doppler pour déterminer la position d’un satellite et surveiller la rotation terrestre.

Enfin, le Service International de la Rotation Terrestre (IERS) coordonne l’ensemble de ces mesures et publie régulièrement les paramètres de rotation de la Terre, essentiels pour les applications scientifiques, les télécommunications, l’astronomie et la navigation spatiale.

Conséquences à long terme

Vers une Terre en rotation synchrone avec la Lune

Le ralentissement de la rotation terrestre a plusieurs conséquences physiques, astronomiques et climatiques. À très long terme (plusieurs milliards d'années), si la tendance se poursuit, la Terre pourrait atteindre un état de rotation synchrone avec la Lune : une journée terrestre durerait alors autant qu’un mois lunaire, et la Lune resterait visible depuis un seul hémisphère terrestre, comme c’est déjà le cas inversement pour nous.

Temps atomique vs temps astronomique : un écart croissant

En parallèle, ce ralentissement est intégré dans les systèmes de mesure du temps. Le temps universel (UT1), basé sur la rotation de la Terre, diverge lentement du temps atomique international (TAI). Pour maintenir cette cohérence, des secondes intercalaires sont ajoutées de manière irrégulière au temps universel coordonné (UTC). Ce processus sera cependant abandonné dès 2035 en raison de sa complexité pour les systèmes numériques globaux.

La friction de marée, un moteur d'évolution planétaire

Enfin, à des échelles plus vastes, la dissipation de l'énergie de marée joue un rôle important dans l’évolution dynamique des systèmes planétaires. Ce mécanisme, appelé friction de marée, affecte également les systèmes exoplanétaires, notamment dans le verrouillage gravitationnel de certaines exoplanètes vis-à-vis de leur étoile.